一文解析數(shù)字視頻接口(DVI)工作原理及應用

引言

數(shù)字電視概念已逐步深入人心，現(xiàn)有的大多數(shù)數(shù)字電視接收機只能通過分量接口接收滿足數(shù)字視頻信號標準的模擬信號，這實際上仍然是一種模擬信號接口，只是視頻信號符合數(shù)字電視視頻信號標準(如ITU-R601、CEA/CEA-861-A/B等標準規(guī)定的數(shù)字視頻抽樣、量化、編碼規(guī)范，滿足數(shù)字電視的行頻、場 /幀頻、同步、清晰度等要求)，所以此類電視如果要在系統(tǒng)中進行數(shù)字處理，則需在視頻信號處理前增加A/D轉換、Scale、De-interlace等功能電路，這會使信號質(zhì)量有一定程度的降低，研究表明此類接口的清晰度很難真正達到高清數(shù)字電視的顯示標準(水平清晰度大于720線)。

數(shù)字視頻接口接收的是經(jīng)過一定處理(壓縮或不壓縮)的數(shù)字信號，不論從信號質(zhì)量還是后處理考慮，都有利于提高整個接收機系統(tǒng)的性能。DVI(Digital Visual InteRFace，數(shù)字視頻接口)是目前廣泛應用的一種數(shù)字視頻接口，起初主要應用于PC行業(yè)。DVI支持單像素RGB的24bit數(shù)據(jù)，傳輸?shù)臄?shù)字信號沒有經(jīng)過壓縮，單連接的傳輸速率可達4.9Gbps，對數(shù)據(jù)傳輸速率是1.78Gbps的1080i數(shù)字高清晰電視可達到較好的保真度，特別是在 LCD、DLP等顯示設備中，不需要任何D/A轉換和處理，減少了信號損失，可以應用到數(shù)字電視、平板電視等產(chǎn)品當中。

DVI概述及工作原理

DVI是由DDWG(Digital Display working Group，數(shù)字顯示工作組)發(fā)明的一種高速傳輸數(shù)字信號的技術，有DVI-D和DVI-I兩種不同的接口形式。DVI-D只有數(shù)字接口，DVI-I有數(shù)字和模擬接口，目前應用主要以DVI-D為主。

DVI 是基于TMDS(Transition Minimized Differential Signaling，轉換最小差分信號)技術來傳輸數(shù)字信號，TMDS運用先進的編碼算法把8bit數(shù)據(jù)(R、G、B中的每路基色信號)通過最小轉換編碼為10bit數(shù)據(jù)(包含行場同步信息、時鐘信息、數(shù)據(jù)DE、糾錯等)，經(jīng)過DC平衡后，采用差分信號傳輸數(shù)據(jù)，它和LVDS、TTL相比有較好的電磁兼容性能，可以用低成本的專用電纜實現(xiàn)長距離、高質(zhì)量的數(shù)字信號傳輸。TMDS技術的連接傳輸結構如圖1所示。

圖1 TMDS連接傳輸結構

DVI數(shù)字信號傳輸有單連接(Single Link)和雙連接(Dual Link)兩種方式，對于單連接，僅用圖1所示的1/2、 9/10、17/18腳傳輸，它的傳輸速率可達4.9Gbps，雙連接可達9.9Gbps。

DVI接口在數(shù)字電視中的應用

● 基本方案論證分析

數(shù)字電視機為達到高清晰度顯示要求，掃描一般采用

圖2 DVI接口原理框圖

由原理圖看，數(shù)字電視增加DVI接口比較簡單，從硬件電路考慮，一是在接口處增加DVI解碼部分，二是在后端提供一個數(shù)據(jù)通道，如果電視原有方案中具有 A/D轉換和相應的后級數(shù)據(jù)處理通道，那么DVI接口解碼輸出的數(shù)據(jù)可以與它共用，因為在數(shù)字信號格式一定的情況下，其碼率、行頻、場頻、時鐘是一致的。

在實際研究開發(fā)中，需要特別注意DVI解碼輸出數(shù)據(jù)信號、A/D轉換輸出數(shù)據(jù)信號的隔離和避免前端通道相互干擾。由于兩組通道的共用，相當于延長了數(shù)字輸出引腳的信號線長度，因此對于長距離的數(shù)字信號印制線，有必要在其特征阻抗處將其中斷，以避免數(shù)字信號的過沖、欠沖和振鈴，通常情況下在數(shù)據(jù)線上串聯(lián)幾十歐姆的電阻。同時對于輸出驅(qū)動來說，需要最大限度地減小數(shù)字輸出引腳的容性載荷，但是在信號布線階段，一般不能精確計算容性負載，為方便系統(tǒng)調(diào)試，應考慮在數(shù)據(jù)信號線、行場同步信號線、時鐘信號線到地并聯(lián)電容，根據(jù)PCB材料、信號長度不同，電容值一般在幾十pF即可，這樣就可達到通道負載平衡、數(shù)據(jù)上升沿、下降沿和相位的一致，減少數(shù)字噪聲干擾和抖動。

數(shù)字電視DVI接口性能測試時，誤碼率指標應達到10-9，即10億bit允許出現(xiàn)一個誤碼，因此在性能測試時必須保證一定的測試時間

圖3 DVI接口系統(tǒng)工作流程

對于DVI接口在數(shù)字電視、平板電視上的應用研究，更為關鍵的是EDID(Extended Display Identification DATA，即擴展顯示識別數(shù)據(jù))編程，HDCP(High-bandwidth Digital Content Protection)功能的實現(xiàn)。這些對于數(shù)字電視來說都是全新應用，只有EDID和HDCP在數(shù)字電視上實現(xiàn)后，DVI接口才是真正的數(shù)字電視接口。

在應用研究中，針對HDCP在數(shù)字電視中的適應性問題，提出了兩種方案。

修改HDCP規(guī)范。一種方法是：取消2秒鐘一次的識別，即初次識別正常即可，為防止將數(shù)字信號輸出連接到其他非法設備上，此時可通過檢測HPD(熱插拔檢測)判斷是否為授權設備，一旦檢測到HPD為低電平，認為此時物理連接中斷，可馬上終止信號輸出。第二種是：接收器在Power Down時，向發(fā)送設備隨機傳送一組要求暫時終止傳輸?shù)奶厥饩幋a，當接收器重新Power On時，再傳一次此特殊編碼，發(fā)送設備驗證后即可重新開始傳輸數(shù)字信號。以上作為以后修改規(guī)范時的建議提出。

芯片設計時，考慮在芯片內(nèi)部將HDCP處理系統(tǒng)和TMDS解碼處理系統(tǒng)合理處理，解碼器Power Down時，HDCP也能正常工作。

DVI應用于數(shù)字電視是提高電視清晰度的方法之一，只要方案設計合理，EDID和HDCP按照相應標準規(guī)范進行開發(fā)擴展，那么DVI接口和數(shù)字電視的結合是可行和有效的。